[发明专利]对借助体绘制显示的对象的描绘的交互地修改

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于影响可借助体绘制显示的三维对象的描绘的方法和装置。

背景技术

本发明属于体绘制领域、即三维身体或对象的描绘或可视化的领域。三维对象的建模、重建或可视化在医疗(例如CT、PET、MR、超声波)、物理(例如大分子的电子结构)或地理(地层的特性和位置)领域中具有广泛应用范围。典型地，借助电磁波或声波照射待检查的对象，以检查其特性。探测散射的射线并且从探测的值中确定身体的特征。通常地，结果在于物理参数(例如密度、组织成分的分量、弹性、速度)，对于身体确定这些参数的值。在此，通常使用虚拟的栅格，在其栅格点上确定参数的值。这些栅格点或在这些位置上的参数的值通常表示为体素。这些体素通常以所谓的灰度值的形式呈现。

借助体绘制，在二维显示面(例如显示屏)上从体素中产生检查的对象或身体的三维描绘。在此，从体素中产生所谓的像素(通常具有从体素中通过插值获得的对象点的中间级)，从像素中合成二维图像显示的图像。为了在二维显示器上可视化三维，通常进行所谓的阿尔法合成(Alpha-Compositing)或者阿尔法分解(Alpha-Zerlegung)。在这些标准方法中，体素或从体素形成的体积点被赋予颜色以及透明度值，更精确来说是用于不透明度的值或阻光度(通常用英语Opacity表示，其表示身体的不同层的透明性或遮盖力(deckkraft))。更具体地，一个对象点通常对应于以对颜色分量红、绿和蓝编码(所谓的RGB值)的三元组形式的三个颜色、和对不透明性进行参数化的所谓的阿尔法值。这些参数综合形成颜色值RGBA，其与其它的对象点的颜色值(通常借助所谓的阿尔法混合(Alpha Blending)为了可视化部分透明的对象)组合或混合为用于像素的颜色值。

为了赋予合适的颜色值，通常利用照明模型工作。该照明模型在为了可视化而对对象建模的或模拟的照明情况下考虑灯光效果(通常是对象的表面上的灯光的反射；在此可以是检查的对象的外表面或内部层的表面)。

文献中有一系列被应用的照明模型。常用的例如有Phong或Blinn-Phong模型。

用于体绘制的最常用的方法中的一种是所谓的光线投影算法(Ray-Casting)或者说模拟用于描绘或可视化身体的光照。在光线投影算法中，将从虚拟观察者的眼睛出发的虚拟光线，发送通过检查的身体或检查的对象。沿着光线，从体素确定对于采样点的RGBA值，并且借助阿尔法合成或阿尔法混合合成为用于二维图像的像素。在此，通常借助上面提到的照明模型中的一个在称为“阴影法(Shading)”的方法的范围内考虑照明效果。

为了更好研究利用体绘制描绘的对象的特征，通常需要合适地调整对象的描绘。具体来说，可以修改或影响在显示器上显示的对象的描绘，例如通过对对象的部分着色、去除或放大。对于这样的操作在英语的专业文献中还使用体编辑和分割的概念。体编辑涉及诸如裁剪(Clipping)、裁切(Cropping)和冲孔(Punching)的干预。分割允许对对象结构、例如显示的身体部位的解剖结构进行分类。在分割过程中例如对对象组成部分着色或去除。直接体编辑(Direct Volume Editing)的概念涉及借助于诸如笔刷(brushes)、凿(chisels)、钻(drills)或刀(knifes)等虚拟工具交互编辑或影响对象描绘。例如用户可以借助于鼠标或其它触觉或按其它工作原理的输入装置通过着色或切除对象部分来交互地修改在显示屏上显示的对象的图像。

在这样处理所显示的对象时，修改对象图像的所计算的像素经常是不够的，而是必须进行像素的重新计算。即，在诸多这样的操作(着色、裁剪，…)中必须在每个修改的情况下重新进行体绘制。然后对对于体绘制所使用的体数据进行该操作。为此的一种方法由Bürger等人在[1]中提出。该方法使得可以通过直接编辑复制的体积来操作描绘。

存在对借助体绘制来操作对象的描绘的灵活的低开销的方法的需求，其中，与公知的方法相比应该主要降低存储、计算和带宽要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种借助体绘制来调整或修改对象的描绘的灵活的低开销的方法。

按照本发明，影响三维的借助体绘制(例如光线投影算法)可显示的对象的(通常由像素组成的可在显示屏上显示的)描绘。该影响例如包括通过着色或去除对象的部分的调整或修改。